„23-годишна стюардеса на China Southern Airlines е била ударена от токов удар, докато е говорила по своя iPhone5, докато се е зареждал“, новината привлече широко внимание онлайн. Могат ли зарядните устройства да застрашат живота? Експертите анализират теча от трансформатор вътре в зарядното за мобилен телефон, теча на променлив ток 220 VAC към постоянния край и през линията за данни към металния корпус на мобилния телефон, което в крайна сметка води до токов удар, настъпване на необратима трагедия.
И така, защо изходът на зарядното устройство за мобилен телефон е 220V AC? На какво трябва да обърнем внимание при избора на изолирано захранване? Как да различим изолираните от неизолираните захранвания? Общото мнение в индустрията е:
1. Изолирано захранванеНяма директна електрическа връзка между входния контур и изходния контур на захранването, а входът и изходът са в изолирано състояние с високо съпротивление без токов контур, както е показано на Фигура 1:
2, неизолирано захранване:Има контур за постоянен ток между входа и изхода, например входът и изходът са общи. Като примери са взети изолирана flyback схема и неизолирана BUCK схема, както е показано на Фигура 2. Фигура 1 Изолирано захранване с трансформатор
1. Предимствата и недостатъците на изолираното и неизолираното захранване
Съгласно горните концепции, за общата топология на захранването, неизолираното захранване включва главно Buck, Boost, buck-boost и др. Изолираното захранване има главно разнообразие от flyback, forward, half-most, LLC и други топологии с изолационни трансформатори.
В комбинация с често използваните изолирани и неизолирани захранвания, можем интуитивно да разберем някои от техните предимства и недостатъци, като предимствата и недостатъците на двете са почти противоположни.
За да използвате изолирани или неизолирани захранвания, е необходимо да разберете как действителният проект се нуждае от захранвания, но преди това можете да разберете основните разлики между изолираните и неизолираните захранвания:
① Изолационният модул е с висока надеждност, но висока цена и ниска ефективност.
2Структурата на неизолирания модул е много проста, с ниска цена, висока ефективност и ниски показатели за безопасност.
Следователно, в следните случаи се препоръчва използването на изолирано захранване:
① При евентуални случаи на токов удар, като например вземане на електричество от мрежата за случаи на нисковолтово постоянно напрежение, е необходимо да се използва изолирано AC-DC захранване;
② Серийната комуникационна шина предава данни чрез физически мрежи като RS-232, RS-485 и локална мрежа на контролера (CAN). Всяка от тези взаимосвързани системи е оборудвана със собствено захранване и разстоянието между системите често е голямо. Следователно, обикновено е необходимо да изолираме захранването за електрическа изолация, за да гарантираме физическата сигурност на системата. Чрез изолиране и прекъсване на заземяващия контур, системата е защитена от преходно въздействие на високо напрежение и изкривяването на сигнала е намалено.
③ За външни I/O портове, за да се осигури надеждна работа на системата, се препоръчва да се изолира захранването на I/O портовете.
Обобщената таблица е показана в Таблица 1, а предимствата и недостатъците на двете са почти противоположни.
Таблица 1 Предимства и недостатъци на изолирани и неизолирани захранвания
2, Изборът на изолирано захранване и неизолирано захранване
Като разбираме предимствата и недостатъците на изолираните и неизолираните захранвания, всяко от тях има своите предимства и успяхме да направим точни преценки за някои често срещани опции за вградени захранвания:
① Захранването на системата обикновено се използва за подобряване на работата срещу смущения и осигуряване на надеждност.
② Захранване на интегрална схема или част от схемата в платката, започвайки от рентабилност и обем, преференциално използване на неизолирани схеми.
③ От съображения за безопасност, ако е необходимо да свържете променливотоковото захранване към градската електропреносна мрежа или захранването за медицински цели, за да осигурите безопасността на хората, е необходимо да използвате захранването. В някои случаи е необходимо да използвате захранването, за да подсилите изолацията.
④ За захранване на отдалечена индустриална комуникация, за да се намалят ефективно ефектите от географските различия и смущенията от свързването на проводниците, обикновено се използва отделно захранване за захранване на всеки комуникационен възел поотделно.
⑤ За захранване от батерии се използва неизолирано захранване за строг живот на батерията.
Като разберем предимствата и недостатъците на изолираното и неизолираното захранване, те имат свои собствени предимства. За някои често използвани дизайни на вградени захранвания можем да обобщим случаите на техния избор.
1.Iсоларно захранване
За да се подобри ефективността срещу смущения и да се осигури надеждност, обикновено се използва изолация.
От съображения за безопасност, ако е необходимо да се свържете към AC-DC мрежата на общинската електропреносна мрежа или към захранване за медицинска употреба, както и към електрически уреди, за да осигурите безопасността на хората, трябва да използвате захранване, като например MPS MP020, за оригинална обратна връзка AC-DC, подходящо за приложения с мощност 1 ~ 10 W.
За захранване на отдалечени индустриални комуникации, за да се намали ефективно ефектът от географските различия и смущенията от свързването на проводниците, обикновено се използва отделно захранване за захранване на всеки комуникационен възел поотделно.
2. Неизолирано захранване
ИС или някоя от схемите в платката се захранва от съотношението цена-обем, като се предпочита неизолирано решение; например неизолираният AC-DC buck от серията MPS MP150/157/MP174, подходящ за 1 ~ 5W;
В случай на работно напрежение под 36V, батерията се използва за захранване и има строги изисквания за издръжливост, като се предпочита неизолирано захранване, като например MP2451/MPQ2451 на MPS.
Предимствата и недостатъците на изолираното захранване и неизолираното захранване
Като разберем предимствата и недостатъците на изолираните и неизолираните захранвания, те имат свои собствени предимства. За някои често използвани вградени захранвания можем да следваме следните условия за преценка:
От съображения за безопасност, ако е необходимо да се свържете към AC-DC мрежата на общинската електропреносна мрежа или към медицинско захранване, за да осигурите безопасността на хората, трябва да използвате захранване, а в някои случаи трябва да се използва изолация на захранването.
Обикновено изискванията за изолационно напрежение на захранването на модула не са много високи, но по-високото изолационно напрежение може да гарантира, че захранването на модула има по-малък ток на утечка, по-висока сигурност и надеждност, както и по-добри EMC характеристики. Следователно, общото ниво на изолационно напрежение е над 1500VDC.
3, предпазни мерки при избора на изолационен захранващ модул
Изолационното съпротивление на захранването се нарича още противоелектрическа якост в националния стандарт GB-4943. Този стандарт GB-4943 е стандарт за сигурност на информационното оборудване, който често се използва в националните стандарти за защита на хората от физически и електрически удари, включително предотвратяване на щети от токов удар, физически повреди и експлозии. По-долу е показана структурната диаграма на изолационното захранване.
Диаграма на структурата на изолационната мощност
Като важен индикатор за мощността на модула, стандартът за изолация и метод за изпитване на устойчивост на налягане също са посочени в стандарта. Обикновено, изпитването за свързване с еднакъв потенциал се използва по време на прости тестове. Схемата на свързване е следната:
Значителна диаграма на изолационното съпротивление
Методи за изпитване:
Задайте напрежението на съпротивлението на напрежението на зададената стойност на съпротивлението на напрежението, токът се задава като зададената стойност на утечката, а времето се задава на зададената стойност на времето за тестване;
Работните измервателни уреди за налягане започват тестване и започват да натискат. По време на предписаното време за тестване модулът трябва да е без вибрации и летяща дъга.
Обърнете внимание, че модулът за заваряване трябва да бъде избран по време на тестването, за да се избегне повторно заваряване и повреда на модула.
Освен това, обърнете внимание:
1. Обърнете внимание дали е AC-DC или DC-DC.
2. Изолацията на изолационния силов модул. Например, дали 1000V DC отговаря на изискванията за изолация.
3. Дали изолационният захранващ модул е преминал цялостен тест за надеждност. Захранващият модул трябва да бъде тестван чрез тестове за производителност, тестове за толерантност, преходни условия, тестове за надеждност, тестове за електромагнитна съвместимост с EMC, тестове за високи и ниски температури, екстремни тестове, тестове за експлоатационен живот, тестове за сигурност и др.
4. Дали производствената линия на изолирания захранващ модул е стандартизирана. Производствената линия на захранващите модули трябва да премине редица международни сертификати, като ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 и др., както е показано на Фигура 3 по-долу.
Фигура 3 ISO сертификация
5. Дали изолационният захранващ модул се прилага в тежки условия, като например в промишлеността и автомобилите. Захранващият модул се прилага не само в тежки промишлени условия, но и в системата за управление на сградата (BMS) на превозни средства с нова енергия.
4,TВъзприятието за силата на изолация и силата на неизолация
Първо, обяснява се едно недоразумение: Много хора смятат, че неизолираното захранване не е толкова добро, колкото изолираното, защото изолираното захранване е скъпо, така че трябва да е скъпо.
Защо е по-добре да се използва изолирана мощност, отколкото неизолирана, според всички сега? Всъщност тази идея е отпреди няколко години. Тъй като неизолираната стабилност в предишни години наистина не е била изолирана и стабилна, но с актуализацията на научноизследователската и развойна дейност, неизолираната технология вече е много зряла и става все по-стабилна. Говорейки за сигурност, всъщност неизолираната мощност е много безопасна. Стига структурата да е леко променена, тя все още е безопасна за човешкото тяло. По същата причина неизолираната мощност може да отговаря и на много стандарти за сигурност, като например: Ultuvsaace.
Всъщност, основната причина за повредата на неизолираното захранване е причинена от пиковите напрежения в двата края на променливотоковата мрежа. Може да се каже също, че мълниеносната вълна е пик. Това напрежение е моментално високо напрежение в двата края на променливотоковата мрежа, понякога достигащо до три хиляди волта. Но времето е много кратко и енергията е изключително силна. Това ще се случи, когато има гръмотевици или по същата променливотокова мрежа, когато голям товар е изключен, защото ще възникне инерция на тока. Изолационната BUCK верига ще се пренесе мигновено към изхода, ще повреди пръстена за засичане на постоянен ток или ще повреди допълнително чипа, причинявайки преминаване на 300V и изгаряне на цялата лампа. При изолираното антиагресивно захранване MOS транзисторът ще бъде повреден. Явлението е изгаряне на паметта, чипът и MOS тръбите. Захранванията, управлявани от LED, са повредени по време на употреба и повече от 80% от тези две явления са подобни. Освен това, малките импулсни захранвания, дори ако са захранващи адаптери, често са повредени от това явление, причинено от вълново напрежение, а при захранването на LED устройства това е още по-често срещано. Това е така, защото характеристиките на натоварване на LED устройствата са особено устойчиви на вълново напрежение.
Според общата теория, колкото по-малко компоненти има в електронната схема, толкова по-висока е надеждността и колкото по-ниска е надеждността на платката на компонентите. Всъщност, неизолираните вериги са по-ниски от изолираните вериги. Защо надеждността на изолираната верига е висока? Всъщност, това не е надеждност, а по-скоро неизолираната верига е твърде чувствителна към пренапрежение, има лоша инхибиторна способност и изолационната верига, защото енергията първо постъпва в трансформатора и след това се пренася от трансформатора към LED товара. Стимулиращата верига е част от входното захранване директно към LED товара. Следователно, първата има голяма вероятност от повреда от пренапрежението при потискане и затихване, така че е малка. Всъщност проблемът с липсата на изолация се дължи главно на проблема с пренапрежението. В момента този проблем е, че само LED лампите могат да се видят от вероятността. Поради това много хора не са предложили добър метод за предотвратяване. Все повече хора не знаят какво е вълново напрежение. LED лампите са счупени и причината не може да бъде намерена. В крайна сметка, има само едно изречение. Това захранване е нестабилно и ще се уталожи. Къде е конкретната нестабилност, той не знае.
Неизолираното захранване е ефикасно, а второто е, че цената е по-изгодна.
Неизолираното захранване е подходящо за следните случаи: Първо, това са вътрешни лампи. Тази вътрешна електрическа среда е по-добра и влиянието на вълните е малко. Второ, случаят на използване е при малко напрежение и малък ток. Неизолираното захранване не е от значение за нисковолтови токове, тъй като ефективността при ниско напрежение и големи токове не е по-висока от тази при изолиране, а цената е много по-ниска. Трето, неизолираното захранване се използва в относително стабилна среда. Разбира се, ако има начин за решаване на проблема с потискането на пренапреженията, обхватът на приложение на неизолираното захранване ще се разшири значително!
Поради проблема с вълните, процентът на щетите не бива да се подценява. Като цяло, при вида на ремонта, повреждащата застраховка, чипа и MOS транзистора, първо трябва да се вземе предвид проблемът с вълните. За да се намали процентът на щетите, е необходимо да се вземат предвид факторите на пренапрежение при проектирането или да се спре употребата от потребителите, като се опитате да избегнете пренапрежение. (Например, изключвайте вътрешни лампи за известно време, когато се борите).
В обобщение, използването на изолирано и неизолирано захранване често се дължи на проблема с вълновите пренапрежения, а проблемът с вълните и електрическата среда е тясно свързан. Следователно, много пъти използването на изолирано и неизолирано захранване не може да бъде намалено едно по едно. Цените са много изгодни, така че е необходимо да се избере неизолирано или изолирано захранване за LED устройства.
5. Обобщение
Тази статия представя разликите между изолирано и неизолирано захранване, както и съответните им предимства и недостатъци, случаите на адаптация и избора на изолационно захранване. Надявам се, че инженерите могат да използват това като ориентир при проектирането на продукти. И след като продуктът се повреди, бързо да позиционират проблема.
Време на публикуване: 08 юли 2023 г.
